CN117529613A - 用于非接触地测定运行状态的方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于测定，特别是非接触地测定压缩机(1)的运行状态和/或压缩机驱动装置(2)，特别是转速可变的或转速不变的压缩机驱动装置(2)的转速的方法，所述方法具有以下方法步骤：借助于检测元件(3)在时间范围内检测磁场，其中，所述磁场由供电线缆(4)的至少一个相(L1、L2、L3)的电流产生；测定磁场在该时间范围内的频率谱；分析磁场的频率谱以确定压缩机(1)的运行状态和/或确定压缩机驱动装置(2)的转速。

Description

用于非接触地测定运行状态的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测定、特别是非接触地测定压缩机的运行状态和/或压缩机驱动装置的转速的方法。本发明亦涉及一种用于实施按照本发明的方法的装置。

背景技术

对于压缩机的监控、分析、诊断或操控，在众多问题中存在的难题是需要压缩机的不同参数，例如运行状态(停机、空载运行、负载运行)的时间曲线、供应体积流和电功率消耗。

测定这些参数所需要的信息例如可以通过压缩机的控制器经由通信接口，例如以太网、Modbus或Profibus提供。

然而在已知的压缩机中情况通常并非如此，因为使用了例如没有控制器和/或没有相应通信接口的压缩机。通信接口也可能以专有的和/或加密的协议工作，所述协议仅为压缩机的制造商提供相应的数据。

由现有技术已知，通过在压缩机中或其上安装测量仪器来量取信号，基于所述信号推导出所需要的参数。

例如已知检测信号“马达运行中”和“负载”。为此通过压缩机开关柜中的无电势的触点来掌握电网接触器的状况或操控指令(亦即压缩机驱动装置是否被供应电能的信息)和用于操控进气阀的接触器(亦即空气是否无阻碍地流入到压缩机中，即输送空气的信息)。由所识别到的电网接触器和用于操控进气阀的接触器的状况可以相组合地区分压缩机的运行状态：停机、空载运行和负载运行。

这些由现有技术已知的量取信号的方式具有多种缺陷。一方面，为了连接无电势的触点要对压缩机开关柜中的电气装置进行操作。这项操作需要经过专门培训的人员，也称作接受过电气专业培训的人员(EuP)，因为信号的连接是在压缩机的开关柜中进行的。用于量取信号的安装也不能在压缩机运行期间进行，因为无电势的触点要被连接到带电压的部件上。压缩机因此必须与电网断开。而且在具有转速可变的压缩机驱动装置的压缩机中也无法通过信号“马达运行中”和“负载”来测定压缩机驱动装置的转速。

使用反射脉冲计数的方法来测定转速同样是由现有技术已知的。在反射脉冲计数中将反射标记安装在压缩机驱动装置与压缩机之间的轴上。通过光学传感器对进行转动的轴每单位时间的脉冲数量进行计数。每单位时间的脉冲数量与轴的转速成比例。因此可以从脉冲的数量推断出轴的转速并由此推断出压缩机驱动装置的转速。

然而这种测定转速的方式的缺陷是轴上的反射标记仅能在机器停机时安装。此外，光学传感器的安装需要时间，因为光学传感器可能由于压缩机运行期间的振动而滑动。因此，光学传感器必须通过坚固的机械紧固来安装。另一个缺陷在于，通过反射脉冲计数虽然可以测定压缩机驱动装置的转速，不过却无法在运行状态“停机”、“空载运行”和“负载运行”之间进行区分。仅能够区分“停机”(每分钟0转的转速)或“非停机”(大于每分钟0转的转速)。

另一种由现有技术已知的方法是，通过电流钳或罗哥夫斯基线圈在压缩机驱动装置的引线上测量有功电流。这种信号检测方式的基本思想是，在相L1、L2或L3其中之一处通过测量磁场强度无接触式地测定有功电流。为此利用如下效果，即，围绕电流穿流的导体的磁场强度与导体内的电流强度成比例。在图1和2中示出用于具有转速不变的驱动装置的压缩机和具有转速可变的驱动装置的压缩机的信号检测的位置。

由现有技术已知的这种方法中的信号检测这样实现，即由电流强度(交流电)的在所述相上通过磁场强度量取的测量值在交流电的一个或多个波上计算电流强度的有效值。交流电的电流强度的有效值代表直流电的等效电流强度。借助于交流电的有效值可以通过求得阈值来区分运行状态“停机”、“空载运行”和“负载运行”。在磁场强度、电流的有效值与运行状态之间的相互关系示例性地在图3中示出。

在图3的由现有技术已知的示例中，为了推导出运行状态，对于识别运行状态“空载运行”使用30A的阈值，而对于识别运行状态“负载运行”使用160A的阈值。这两个值必须从相应的压缩机的规格页得出或者基于规格页的值算出。在现有技术的该方法中因此需要对电流的有效值进行非常准确的测量。

由现有技术已知的该方法具有附加的缺陷，即，为了安装电流钳或者说罗哥夫斯基线圈必须打开压缩机的开关柜，因为电流钳或罗哥夫斯基线圈必须围绕单个相放置。这基本上仅在开关柜内才有可能。因此，安装需要接受过电气专业培训的人员。通过该方法测定压缩机驱动装置的转速也是不可能的。因为电流强度除了转速之外也还取决于在压缩机的出口上的反作用力和在电流与电压之间的相移。在电功率消耗相同的情况下由于不同的相移可能需要不同的电流(通过有功功率因数cosφ表示)。

发明内容

因此本发明的目的在于，构思一种方法，所述方法将由现有技术已知的缺陷消除或至少降到最低。本发明的目的首先是提供一种对压缩机的运行状态和/或压缩机驱动装置的转速的可靠、快速且成本有利的检测。

所提出的目的通过按照权利要求1所述的方法、按照权利要求22所述的装置、按照权利要求24所述的应用并且同样通过按照权利要求25所述的计算机可读的存储介质实现。

特别地，该目的通过一种用于测定、特别是非接触地测定压缩机的运行状态和/或压缩机驱动装置，特别是转速可变的或转速不变的压缩机驱动装置的转速的方法实现，所述方法具有以下方法步骤:

-借助于检测元件在时间范围内检测磁场，其中，所述磁场通过供电线缆的至少一个相的电流产生；

-测定所述磁场在该时间范围内的频率谱；

-分析磁场的频率谱，以确定压缩机的运行状态和/或确定压缩机驱动装置的转速。

术语“非接触”在本发明的上下文中特别地应被理解为，不存在电气触点。机械接触完全可以存在。

术语“电流”在本发明的上下文中特别地描述交流电或三相电。

术语“压缩机”在本发明的上下文中可以特别地，但非排他性地被理解为压气机和与此相关的机器、例如鼓风机和相同物。压缩机此外具有压缩机区块也是常见的，其中，所述压缩机区块通过压缩机驱动装置，例如电机，特别是具有一个、两个或多个极偶的电机来驱动。

术语“供电线缆”在本发明的上下文中特别地，但非排他性地被理解为用于向压缩机供应电流的线缆和/或用于向压缩机驱动装置供应电流的线缆。供电线缆也有可能向压缩机的其他电气组件供电。这样的其他组件例如可以是风扇马达、阀、机器控制器或类似物。

特别地要指出，在本发明的上下文中，在载有电流时将零导体视为相。

术语“检测磁场”在本发明的上下文中特别地，但非排他性地描述一个或多个磁特征参量的检测。磁特征参量可以是一个时刻的绝对值或在一个时间范围内的多个绝对值。检测一个时间范围内的磁特征参量随时间的演变也是有可能的。同样地，术语“磁场的检测”可以被理解为在确定的时间范围内绝对测量值相互间的关系。特别地，按照本发明的一种有利的思路，也可以不带单位地检测磁场的物理参量并且必要时将其进一步处理或者说给出(也以本申请的附图部分中的示图)。数值相互间的关系是重要的。因此，按照优选的方式在示图中也使用数轴的线性刻度。

按照本发明的方法的优点在于，基于对磁场的频率谱的分析可以确定压缩机驱动装置的转速和/或压缩机的运行状态。按照本发明的方法的另一个优点在于，不需要磁特征参量的准确值和/或电流的有效值的高低来测定压缩机驱动装置的转速和/或压缩机的运行状态。就此而言可以利用对于磁特征参量和/或有效值的高低所检测的值来工作，因为其在时间上的相对变化对于按照本发明的分析看起来是足够的。在所产生的磁场的哪个准确位置处检测所述值也没有那么重要，因为关于这一点也仅取决于其在时间上的相对变化。

因此不必如在现有技术中常见的那样付出结构上的高代价来测定这些参数。而更有可能的是，例如通过将在一个时间范围之内检测到的磁特征参量彼此间进行比较来实施压缩机的运行状态的确定和/或压缩机驱动装置的转速的确定。通过按照本发明的方法能够更简单地确定压缩机驱动装置的转速和/或简化地确定压缩机的运行状态。此外，按照本发明的方法能在不准确知晓压缩机或者说压缩机驱动装置的特征值的情况下实现压缩机驱动装置的转速的确定和/或压缩机的运行状态的确定。因此，按照本发明的方法也适合于已经安装好的压缩机或者说压缩机驱动装置。

在一种实施方案中，检测磁场包括检测磁场强度和/或检测磁通密度，所述磁场强度的检测特别是在应用罗哥夫斯基线圈的情况下进行，所述磁通密度的检测特别是在应用霍尔传感器或磁阻传感器的情况下进行。

该实施方案的优点在于，由现有技术已知的和在霍尔传感器的情况下成本有利的装置能与按照本发明的方法相结合。同样可能的是，检测磁矢量的方向和/或磁矢量的大小。

在另一种构成形式中，按照本发明的方法具有以下方法步骤：

-将检测元件安装在供电线缆的一个相上。

该实施方案的优点在于，所述检测元件能够可变地安装到供电线缆的一个相上。例如在具有变频器的压缩机中，将检测元件安装在变频器与压缩机驱动装置之间，特别是当测定转速时。在转速不变的压缩机中并且同样地在具有变频器的压缩机中测定运行状态时，检测元件可以任意地安装在压缩机驱动装置的供电装置中。例如，检测元件安装在压缩机的引线中或直接安装在主驱动马达之前或任意地安装在两者之间。

按照一种实施方案，按照本发明的方法包括以下步骤：

-将检测元件安装在供电线缆的多个相、特别是所有相上，从而测量由供电线缆的多个相、特别是所有相的电流所产生的磁场。

该实施方案的优点在于，所述检测元件能够可变地安装在供电线缆的多个、特别是所有相上。因此测量的是由供电线缆的多个相的电流所产生的磁场。对于按照本发明的方法，将检测元件安装到多个相上就够了。由于不需要将供电线缆的各个相在机械上分开，特别地简化了检测元件的安装，因为所述检测元件不必安装在特定的相上。

在一种实施方案中，对所述频率谱的分析包括对磁场的时间曲线的分析。

该实施方案的优点在于，能够可变地使用按照本发明的方法。

以有利的方式，在应用傅里叶分析和/或小波分析和/或格兹尔算法的情况下分析包含在磁场的时间曲线中的频率分量。

该实施方案的优点在于，按照本发明的方法能与由现有技术已知的数学方法相结合。这特别是在按照本发明方法的软件工程上的实现方面是有利的，因为由此可以实现计算负荷和存储负荷的降低。也已证明的是，可以通过应用格兹尔算法提高频率分辨率。同样已证明的是，特别是格兹尔算法可以高效地在数字信号处理器中实施。

在另一种实施方案中，通过分析各个频率分量测定磁场的频率，并且基于磁场的频率测定供电线缆的至少一个相的电流的基频。

术语“基频”在本发明的上下文中特别地、但非排他性地指的是交流电或三相电的基频，特别是大于0Hz的、具有最高的幅度的频率。

该实施方案的优点在于，对于按照本发明的方法不必准确已知磁场强度和电流的有效值高低。只是要找出，磁场以何种频率振荡。磁场的振荡的频率在此与压缩机驱动装置的三相电旋转频率相同。

在另一种实施方案中，由电流的所测定的基频测定，特别是通过应用因数测定压缩机驱动装置的转速。

该实施方案的优点在于，能够可靠地测定压缩机驱动装置的转速。这样，例如对于具有一对极偶的压缩机驱动装置采用因数“1”，而在具有两对极偶的压缩机驱动装置中采用因数“2”。该相互关系能够普适地表示为转速＝频率/极偶数。

在另一种实施方案中，在检测的步骤中正好检测供电线缆的一个相。

该实施方案的优点在于，可以使用由现有技术已知的方法来安装检测元件。由此不需要对人员进行新的培训，这为压缩机运行者降低了的成本。

按照另一种实施方案，在检测的步骤中检测供电线缆的多个，特别是所有相。

该实施方案的优点在于，检测由供电线缆的多个，特别是所有相共同产生的磁场。现有技术认为，在此不能检测磁场，因为理论上在对称负载的相中的各个电流的磁场相互抵消。然而已发现，各相非对称地负载，由此在各个相(以及同样与可能存在的零导体)之间出现所谓的泄漏电流。这些泄漏电流也产生磁场，其磁场强度可以被检测到。该磁场和特别是磁特征参量比在测量单个相时的磁场和磁特征参量小几个数量级。然而，磁场，还有磁特征参量特别还有其定性的时间曲线可以被可靠地检测。由此有可能在供电线缆的位置处检测磁场，对此不需要接受过电气专业培训的人员。这种位置的示例是在压缩机驱动装置的引线上在压缩机驱动装置的接线盒之前的机器内部空间。在具有转速不变的压缩机驱动装置的压缩机中，磁场的检测甚至可以在压缩机之外在电气引线中进行。也有可能不仅检测压缩机或压缩机驱动装置的供电线缆的各相，而且检测供电线缆的可能存在的零导体。

在另一种有利的实施方案中，为了确定运行状态和/转速，对磁场的相位谱，特别是磁场在定义的时间范围内的相位谱进行评估。

该实施方案的优点在于，改善了对运行状态和/或转速的确定。这一点的理由在于，不同的运行状态和/或不同的转速中的相位谱彼此区分明显。

在另一种实施方案中，为了确定运行状态和/或转速对磁场的幅度谱，特别是磁场在定义的时间范围内的幅度谱进行评估。

该实施方案的优点在于，改善对运行状态和/或转速的确定。这一点的理由在于，不同的运行状态和/或不同的转速中的幅度谱彼此区分明显。

在一种实施方案中，所述时间范围为200ms至20s，优选300ms至10s，特别优选500ms至5s，特别是750ms至3s，特别是1s。

该实施方案的优点在于，能够按照压缩机的需求并按照本发明的方法的实现选择时间范围。

在另一种实施方案中，对磁场的相位谱进行自动评估，特别是通过在0Hz至10kHz，优选0Hz至1kHz的频率范围内，特别优选在激励频率周围的范围内求得相位谱的方差。

该实施方案的优点在于，根据压缩机驱动装置，可以相应地调整对相位谱进行评估的频率范围。在此已证明的是，对于高速压缩机驱动装置适用0Hz至10kHz的频率范围，对于非高速压缩机驱动装置适用0至1kHz的频率范围，并且对于转速不变的压缩机驱动装置适用在激励频率周围的频率范围，特别是在50Hz或60Hz周围以±5Hz为方差的频率范围。

在另一种实施方案中，对磁场的幅度谱进行自动评估，特别是通过在0Hz至10kHz，优选0Hz至1kHz的频率范围内，特别优选在激励频率周围的范围内求得幅度谱的方差。

该实施方案的优点在于，根据压缩机驱动装置，可以相应地调整对幅度谱进行评估的频率范围。在此已证明的是，对于高速压缩机驱动装置适用0Hz至10kHz的频率范围，对于非高速压缩机驱动装置适用0至1kHz的频率范围，并且对于转速不变的压缩机驱动装置适用在激励频率周围的频率范围，特别是在50Hz或60Hz周围以±5Hz为方差的频率范围。

在另一种实施方案中，频率范围是激励频率的多倍，特别是2倍至10倍。

该实施方案的优点在于，可以根据针对采样存在的硬件或软件相应地选择频率范围。

按照另一种实施方案，基于磁场的频率谱在应用聚类方法和/或分类方法的情况下确定压缩机的运行状态。

该实施方案的优点在于，由此能够自动地确定压缩机的运行状态。

在另一种实施方案中，所述聚类方法和/或所述分类方法使用阈值或统计学方法，特别是k均值和/或神经网络。

该实施方案的优点在于，既能在聚类方法中也能在分类方法中应用尽可能自动化的方法。这特别地意味着对压缩机的运行状态的确定的改善。

在另一种实施方案中，所述分类方法包括三种分类，特别是分类：停机、空载运行和负载运行。

该实施方案的优点在于，由此提供了分类方法的具体实现。

另一种实施方案描述，借助统计学的特征参量的高低定义每种分类。

该实施方案的优点在于，所述统计学的特征参量、例如方差、均值、众值等类似值特别地在按照本发明的方法的软件工程的实现中能快速且可靠地计算出来。

在另一种实施方案中，所述压缩机的运行状态和/或压缩机驱动装置的转速是通过分析磁场在激励频率的频率范围内的幅度谱来确定的。

该实施方案的优点在于，提供一种备选的用于压缩机的运行状态和/或压缩机驱动装置的转速的确定方法。

按照另一种实施方案，在分析幅度谱时形成阈值。

该实施方案的优点在于，由此能够实施运行状态的自动化识别。

该目的也通过一种用于实施按照上述实施方案之一所述的方法的装置来解决，其中，所述装置具有以下：

检测元件，以用于安装在供电线缆的至少一个相上，其中，所述检测元件包括罗哥夫斯基线圈、电流钳、MEMS磁力计和/或霍尔传感器或磁阻传感器。

通过按照本发明的装置实现所述方法的优点。按照本发明的装置的优点特别地在于，可以基于对磁场的频率谱的分析确定压缩机驱动装置的转速和/或压缩机的运行状态。按照本发明的装置的另一个优点在于，不需要磁特征参量的准确值和/或电流的有效值的高低来测定压缩机驱动装置的转速和/或压缩机的运行状态。所述参数因此不必如在现有技术中常见的那样付出结构上的高代价来测定。而更有可能的是，例如通过在一个时间范围内检测的磁特征参量彼此间相比较来实施压缩机的运行状态的确定和/或压缩机驱动装置的转速的确定。通过按照本发明的装置能够更简单地确定压缩机驱动装置的转速和/或简化地确定压缩机的运行状态。此外，按照本发明的装置能在不准确知晓压缩机或者说压缩机驱动装置的特征值的情况下实现压缩机驱动装置的转速的确定和/或压缩机的运行状态的确定。按照本发明的装置因此也适合于已经安装好的压缩机或者说压缩机驱动装置。

在另一种实施方案中，所述检测元件具有至少一个传感器单元，其中，所述传感器单元包括以下传感器中的至少两个：用于检测沿X方向的磁场强度的传感器、用于检测沿Y方向的磁场强度的传感器或用于检测沿Z方向的磁场强度的传感器。

该实施方案的优点在于，通过所述至少两个传感器能实现与相应的传感器单元的位置无关地检测磁场。

该目的也通过按照上述实施方案的用于确定压缩机驱动装置的转速和/或用于确定压缩机的运行状态的装置的应用来解决。

通过按照本发明的应用实现所述装置的优点。

该目的也通过按照本发明的、具有指令的计算机可读的介质来解决，所述具有指令的计算机可读的介质在一个或多个计算单元上执行时实施按照上述实施方案之一所述的方法。

通过按照本发明的计算机可读的介质连同计算机可执行的指令引起按照本发明的方法的改善的信息技术的操作。

附图说明

以下借助于多个实施例描述本发明，借助于附图更详细地阐述这些实施例。在此：

图1示出在现有技术中已知的在具有转速不变的压缩机驱动装置的压气机上对电流强度的检测，

图2示出在现有技术中已知的在具有转速可变的压缩机驱动装置的压气机上对电流强度的检测，

图3示出由现有技术已知的磁场强度、电流的有效值与运行状态之间的相互关系，

图4示出在具有转速不变的压缩机驱动装置的压缩机中根据按照本发明的一种方法对磁场的检测，

图5示出在具有转速可变的压缩机驱动装置的压缩机中根据按照本发明的方法对磁场的检测，

图6示出按照本发明地在频率范围(幅度谱)中对磁场强度的时间区段进行的评估，

图7示出具有转速不变的压缩机驱动装置的压缩机在负载运行(图7a)、空载运行(图7b)和停机(图7c)时的相位谱的示例，

图8示出从50Hz的激励频率前后间隔±2Hz的频率范围内的幅度的方差识别运行状态，

图9示出由在运行模式“负载运行”(图9b)中以及在运行模式“空载运行”(图9c)中检测到的磁通密度(图9a)对运行状态的识别，

图10示出基于电网频率的FFT的幅度对运行状态的识别，

图11示出基于相位谱的值对运行状态的识别，

图12示出按照本发明的方法的可能的流程，

图13示出按照本发明的方法的可能的第一实现方式，

图14示出按照本发明的方法的可能的第二实现方式，

图15示出按照本发明的方法的可能的第三实现方式，

图16示出按照本发明的方法的可能的第四实现方式。

具体实施方式

特别地要指出，本发明基于：对相L1、L2、L3的由电流所感应出的磁场进行检测。不过对于测定压缩机驱动装置的转速，放弃将磁场强度作为电流的电流强度或者说电流有效值的指标对其进行评估。相反，利用按照本发明的方法通过分析频率范围，例如在使用傅里叶分析、小波分析或格兹尔算法的情况下在其中包含的频率分量方面分析磁场强度的时间曲线。通过分析各个频率分量识别磁场的频率，所述磁场能归因于驱动压缩机驱动装置的三相电的基频。在图6中示出针对来自磁场强度的信号的一个时间区段的这样的频率分析的示例。

在以下说明中，对于相同的且作用相同的零件使用相同的附图标记。

图1示出用于在压缩机1上检测电流强度的已知的现有技术，所述压缩机例如是具有转速不变的压缩机驱动装置2的压气机。压缩机1具有压缩机驱动装置2，其中，该压缩机驱动装置例如是电机并且具有相应的马达绕组8。在压缩机驱动装置之前安装有接线盒9。压缩机驱动装置2及供电线缆4的一部分还有接线盒9都安装在机器内部空间5中。检测元件3安装在电网接触器7之后，亦即在开关柜6的区域中安装在供电线缆4的其中一个相上。如由图1可看出的那样，供电线缆4的一部分在机器内部空间5与开关柜6之间延伸。在图1中示出检测元件3安装在相L1上。

图2示意性地示出在现有技术中已知的在压缩机1，例如具有转速可变的压缩机驱动装置2的压气机上对电流强度的检测。在具有转速可变的压缩机驱动装置2的压缩机1上检测电流强度与在具有转速不变的压缩机驱动装置2的压缩机1上检测电流强度的区别在于，检测元件3在变频器10之后安装在供电线缆4的其中一个相上。变频器10就这点而言是与压缩机驱动装置2分开的构件。

对有功电流的测量在压缩机驱动装置2的供电线缆4上通过检测元件3，例如电流钳或罗哥夫斯基线圈进行。在供电线缆4的一个相上，即在图1和2中在相L1上通过测量磁场强度无接触式地测定有功电流。为此利用如下效应，即，围绕相L1的磁场强度与相L1中的电流强度成比例。在图1中示出对于具有转速不变的压缩机驱动装置的压缩机而言检测元件3可能的定位，而在图2中示出对于具有转速可变的压缩机驱动装置的压缩机而言可能的定位。

在图3中示出由现有技术已知的磁场强度、电流的有效值与运行状态之间的相互关系。在图3的上部图表中绘出磁场强度随时间(以秒为单位)的变化。

图3的下部图表示出电流的有效值和能由此推导出的运行状态。在由现有技术已知的该方法中的信号检测这样发生，即由在相上通过磁场强度量取的电流强度(交流电)的测量值计算电流强度在交流电的一个或多个波上的有效值。交流电的电流强度的有效值代表等效的直流电电流强度。借助于交流电的有效值能够通过求得阈值区分运行状态“停机”、“空载运行”和“负载运行”。磁场强度、电流的有效值与运行状态之间的相互关系示例性地在图3中示出。

在图3的由现有技术已知的示例中，为了推导出运行状态，对于识别运行状态“空载运行”使用了30A的阈值，并且对于识别运行状态“负载运行”使用160A的阈值。这两个值必须由相应的压缩机的规格页得出或基于规格页的值算出。

图4示出在具有转速不变的压缩机驱动装置2的压缩机1中根据按照本发明的方法对磁场的检测。在此，绘出按照本发明的方法的一种实施方案，在该实施方案中检测元件3检测供电线缆4的所有相L1、L2和L3。然而对于本领域技术人员可理解的是，可以这样安装检测元件3，从而仅检测一个相(例如相L1或相L2或相L3)或未绘出的载流零导体。然而，检测元件3的位置基本上不同于图1的定位。因此在图4的实施方案中，检测元件3被定位在开关柜6之外并且在机器内部空间5之外。这具有如下优点，即，检测元件3也可以由未接受过电气专业培训的人员安装。

图5示出根据按照本发明的方法在具有转速可变的压缩机驱动装置2的压缩机1中对磁场的检测。再次绘出按照本发明的方法的一种实施方案，在所述实施方案中检测元件3检测供电线缆4的所有相L1、L2、L3和必要时存在的、在图5中未绘出的零导体。然而对于本领域技术人员可理解的是，可以安装检测元件3，从而仅检测一个相(例如相L1或相L2或相L3)或在图5中未绘出的必要时存在的零导体。

现有技术的前提是：在图4和5中示出的实施方案中无法检测到磁场，因为在对称负载的相L1、L2、L3中的各个电流的磁场理论上彼此抵消。然而申请人发现，由于相L1、L2、L3并非对称地负载，因此在各个相L1、L2、L3和/或零导体(未在图4和5中示出)之间产生了所谓的泄漏电流。这些泄漏电流也产生磁场，其磁场强度可以被检测到。该磁场和特别是磁场强度比测量单个相L1、L2、L3时的磁场和磁场强度小几个数量级。磁场还有磁场强度，特别还有其定性的时间曲线可以被可靠地检测。由此有可能将检测元件3安装在供电线缆4的位置处，对此不需要接受过电气专业培训的人员。对于这种位置的示例是在压缩机驱动装置2的引线上在压缩机驱动装置2的接线盒9之前的机器内部空间5，例如在图5中所示的那样。在具有转速不变的压缩机驱动装置2的压缩机1中，检测元件3甚至可以在压缩机1之外安装在电气引线中，在图4中通过供电线缆4示出。

在图6中示出按照本发明对频率范围内的磁场强度的时间区段进行的评估，即所谓的幅度谱。通过分析各个频率分量识别磁场的频率，所述频率归因于驱动压缩机驱动装置的三相电的基频。

在图6中测定磁场强度的结果在上面示出。图6在下面示出在从磁场强度的信号截取的时间区段内的频率分析的示例。该时间区段在图6中在上面以虚线的柱表示。

在图6中的下方，亦即在幅度谱中，在频率23.1Hz处有显著突出的最大值。该频率正好是三相电的频率，所述三相电通过供电线缆4给压缩机驱动装置2供应电能。在图6中示例性地示出对于具有转速可变的压缩机驱动装置2的压缩机1的磁场强度和幅度谱。磁场的强度和/或电流的有效值的高低对于按照本发明的方法不重要。按照本发明的方法更确切说是测定磁场振荡的频率。该频率在此与压缩机驱动装置2的三相电旋转的频率相同。

图7示例性地示出具有转速不变的压缩机驱动装置2的压缩机1在运行状态“停机”、“空载运行”和“负载运行”中的相位谱。在此，在图7a中绘出的是具有转速不变的压缩机驱动装置2的压缩机1的运行状态“负载运行”。在图7b中绘出的是具有转速不变的压缩机驱动装置2的压缩机1的运行状态“空载运行”。最后，在图7c中绘出的是具有转速不变的压缩机驱动装置2的压缩机1的运行状态“停机”。

从图7能看出，在各个运行状态中的相位谱区别显著。同样可能的是，为了识别运行状态，在定义的时间范围内、例如在200ms至20s，优选300ms至10s，特别优选500ms至5s，特别是750ms至3s，特别是1s的时间范围内对磁场的相位谱进行评估(未在图7中绘出)。

对相位谱的自动评估例如通过如下方式实施，即，求得相位谱在0Hz至80Hz的区域中的方差(未在图7中绘出)。该方差被提供给聚类算法。聚类算法在应用阈值或在应用统计学方法，例如k均值或神经网络的情况下定义簇。基于该聚类实施分类方法，其中在此借助于方差的高低给每个簇指定一种运行状态。例如给运行状态“停机”指定非常高的方差，给运行状态“负载运行”指定中等的方差，而给运行状态“空载运行”指定非常低的方差。也可能的是，在没有先前的聚类的情况下实施该分类方法。

从图7的谱可肉眼看出，240Hz至260Hz的频率范围也适合于聚类和因此适合于识别运行状态。在图8中示出的示例中，240Hz至260Hz的范围对应的频率范围相当于具有5个压缩腔室的机体(Block)的腔室频率。因此，连压缩过程对电网的反作用也是有可能通过分析磁场来分析的。

图8示出从50Hz的激励频率前后间隔±2Hz的频率范围内的幅度的方差对运行状态的识别。在此，通过求得阈值实施运行状态的识别。在图8中绘出的实施方案中，大于10000的方差定义为用于识别运行状态“空载运行”，而大于100000的方差定义为用于识别运行状态“负载运行”。在图8中，将方差归一化为相应时间窗口内已检查的幅度谱的均值。在图8中该时间窗口为一秒。

图9示出用于借助于两种不同的办法从检测到的磁通密度(图9a)识别运行状态的基础数据。示例性地，在图9a中定义两个时间区域。在图9b和图9c中示出针对这两个时间范围按照傅里叶分析(这里为快速傅里叶变换FFT)的幅度谱。这两个时间范围因压缩机的运行状态“负载运行”(图9b)和“空载运行”(图9c)而有所不同。

特别地，图9示出用于识别运行状态的另一种可能方案，其中，在此检测供电线缆4的所有相L1、L2、L3的磁场。该方法既适合于具有变频器10的压缩机1(参见例如图2或图5)也适合于没有变频器10的压缩机1(参见例如图1或图4)。从借助于检测元件3检测到的磁通密度(示例性地在图9a中绘出)可以计算一定时间区段内的幅度谱。在图9b中示例性地示出的是负载运行中的1s时间间隔，而在图9c中示例性地示出的是空载运行中的1s时间间隔。根据频率50Hz的幅度值(示例性地在图10a中绘出)借助于阈值测定运行状态(示例性地在图10b中绘出)。因为在该应用示例中涉及的是在电网频率为50Hz的电网中运行的转速不变的压缩机，所以50Hz处的频率的幅度值对于该应用示例是特别重要的。

为了测定阈值可以应用两种不同的办法。对于第一种办法，在测量的时刻的运行状态必须是已知的(例如在图9或者说图10中530s处的“空载运行”)。对于该时刻已知50Hz处的频率的幅度值。该幅度值与第一安全因数相乘(例如0.8)，以便获得下阈值。通过与第二安全因数(例如1.5)相乘定义上阈值。如果在某一时刻50Hz处的频率的幅度值大于两个阈值，则处于运行状态“负载运行”。如果在某一时刻50Hz处的频率的幅度值小于两个阈值，则处于运行状态“关”。如果在某一时刻50Hz处的频率的幅度值处于所述两个阈值之间，则处于运行状态“空载运行”。借助于这两个阈值可以测定每个时间步长(Zeitschritt)内的运行状态，这点在图10b中示出。

用于测定阈值的第二种办法自动运行并且因此不需要在特定时刻的运行状态信息。无论在运行状态“空载运行”中还是在运行状态“负载运行”中，磁场的激励频率高于6Hz。相反地，在运行状态“关”中识别出低于6Hz的激励频率。因此，可以将激励频率小于6Hz的时刻定义为运行状态“关”。在将压缩机变换到运行状态“关”之前，运行状态“空载运行”持续运行数秒。在将压气机从“关”经由“空载运行”启动到“负载运行”中时出现类似的特性。可以利用这种现象，以便为运行状态“空载运行”获得50Hz处的频率的幅度值。在第二种办法中，50Hz处的频率的幅度值的均值由位于已知的运行状态“关”之前的4个时间步长求得。该均值与第一安全因数(例如0.8)相乘，以便获得下阈值。通过与第二安全因数(例如1.5)相乘定义上阈值。如果在某一时刻50Hz处的频率的幅度值大于两个阈值，则处于运行状态“负载运行”。如果在某一时刻50Hz处的频率的幅度值小于两个阈值，则处于运行状态“关”。如果在某一时刻50Hz处的频率的幅度值处于所述两个阈值之间，则处于运行状态“空载运行”。借助于这两个阈值可以测定每个时间步长内的运行状态，这点在图10b中示出。

图11a和11b示出用于识别运行状态的另一种可能方案，其中，在此检测供电线缆4的所有相L1、L2、L3的磁场。该方法既适用于具有变频器10的压缩机1(参见例如图2或图5)也适用于没有变频器10的压缩机1(参见例如图1或图4)。

从1到80Hz之间的频率范围内的相位谱(参见图7)出发，可以将例如1s的时间范围内相位谱的所有值累加。

求得辐角(Argument)的这些累加的值的差角。如果该差角>0.1rad，则该差角限于0.1rad。产生差角的新的时间序列。

在将差角的时间序列抹平(例如通过求三个相邻的值的均值)之后，可以定义运行状态“空载运行”、“负载运行”和“停机”发生变换的阈值。差角的这个时间序列被称为相位谱中的路段(Strecke)。相位谱中的路段的这一走向和所属的阈值在图11a中示出。由此测定的压缩机运行状态在图11b中示出。

图12示出按照本发明的方法的可能的流程。在第一步骤S1中，开始测量。此后在第二步骤S2中，通过扫描检测和存储磁场值。接着在第三步骤S3中，停止测量。在第四步骤S4中，读取磁场值的时间序列。在第五步骤S5中，分别以一秒的区段通过频率分析测定转速和运行状态。在第六步骤S6中，创建转速和运行状态的时间序列。

以下参照图13至16更详细地阐述各个应用示例。

应用示例1:

图13示出按照本发明的方法的可能的第一实现方式。在第一步骤S101中，开始测量。此后在第二步骤S102中，通过扫描检测和存储磁场值。接着在第三步骤S103中，停止测量。在第四步骤S104中，读取磁场值的时间序列。在第五步骤S105中，进一步利用磁通密度(当前为时间序列)的X值、Y值和Z值。对于时间序列的每个时刻，将X值、Y值和Z值组合成一个矢量，并且将该矢量映射为该时刻的标量。接着，通过如下方式在标量的时间序列上测定频率谱，即，对于上述时间序列的每个1s区段，利用格兹尔算法实施频率分析，S106。此后，求得在48Hz至52Hz之间的频率谱的幅度的方差。附加地，借助于幅度的均值进行方差值的归一化，S107。经归一化的方差值在图8中示出，时间窗为一秒。最后，对于经归一化的方差值规定阈值，以便区分运行状态“负载运行”、“空载运行”和“关”，S108。在图8中绘出的实施方案中，将大于10000的方差定义为用于识别运行状态“空载运行”，而将大于100000的方差定义为用于识别运行状态“负载运行”。

应用示例2:

图14示出按照本发明的方法的可能的第二实现方式。在第一步骤S201中，开始测量。此后在第二步骤S202中，通过扫描检测和存储磁场值。接着在第三步骤S203中，停止测量。在第四步骤S204中，读取磁场值的时间序列。在第五步骤S205中，进一步利用磁通密度(当前为时间序列)的X值、Y值和Z值。对于时间序列的每个时刻，将X值、Y值和Z值组合成一个矢量，并且将该矢量映射为该时刻的标量。该标量的值在图9a中示出。在第六步骤S206中，通过如下方式在标量的时间序列上测定频率谱，即，对于上述时间序列的每个1s区段，利用傅里叶分析(FFT)实施频率分析并且计算幅度谱。幅度谱的值在图9b和9c中针对一秒“负载运行”和一秒“空载运行”示出。接着，对于每个1s区段提取50Hz(激励频率)处的幅度，S207。50Hz处的幅度值在图10a中作为时间序列示出。此后，可以通过手动预设辨别具有压缩机的运行状态“空载运行”的时刻，S208。在图10a中例如在530s处。从已知的时刻“空载运行”的50Hz处的傅里叶分析的幅度的数值出发，借助于与一个安全因数(例如0.8)相乘求得阈值SW1，并且借助于与第二安全因数(例如1.5)相乘求得阈值SW2，S209。安全因数的测定通过测量和分析一批压缩机进行。这两个阈值在图10a中作为虚线示出。最后，50Hz处的傅里叶分析的幅度的所有处于所述两个阈值之上的数值被指定为运行状态“负载运行”，所有在所述两个阈值之下的值被指定为运行状态“关”，并且所有在所述两个阈值之间的值被指定为运行状态“空载运行”，S210。借此得出压缩机的运行状态的曲线，在图10b中示出。

应用示例3：

图15示出按照本发明的方法的可能的第三实现方式。在第一步骤S301中，开始测量。此后在第二步骤S302中，通过扫描检测和存储磁场值。接着在第三步骤S303中，停止测量。在第四步骤S304中，读取磁场值的时间序列。在第五步骤S305中，进一步利用磁通密度(当前为时间序列)的X值、Y值和Z值。对于时间序列的每个时刻，将X值、Y值和Z值组合成一个矢量，并且将该矢量映射为该时刻的标量。该标量的值在图9a中示出。在第六步骤S306中，在标量的时间序列上通过如下方式进行频率谱的测定，即，对于上述时间序列的每个1s区段，利用傅里叶分析(这里借助于FFT)实施频率分析并且计算幅度谱。幅度谱的值在图9b和9c中针对一秒“负载运行”和一秒“空载运行”示出。接着，对于每个1s区段提取50Hz(激励频率)处的幅度，S307。50Hz处的幅度值在图10a中作为时间序列示出。在步骤S308中可以识别压缩机的运行状态“关”。在压缩机的运行状态“关”中，傅里叶分析提供作为幅度最大的频率的非常小的、大于0Hz(直流分量)的频率(<6Hz)。情况如此的时间间隔可以被自动地配置给运行状态“关”。步骤309中寻找如下的时间间隔，在所述时间间隔中压缩机正好变换到通过上述方法步骤所测定的已知的运行状态“关”(例如在图10a中时刻680s)。在所测定的时间间隔之前的几秒，在压缩机中可以脱离运行状态“空载运行”。因此，在步骤S310中，在设施无疑地处于状态“关”中的时间间隔之前的4秒上求得50Hz处的傅里叶分析的幅度的数值的均值。这在图10a中是676s-679s的值的均值。接着，从所测定的均值出发，借助于与一个安全因数(例如0.8)相乘求得阈值SW1，并且借助于与第二安全因数(例如1.5)相乘求得阈值SW2，S311。安全因数的测定通过测量和分析一批压缩机进行。这两个阈值在图10a中示出。最后，在50Hz处的傅里叶分析的幅度的所有处于所述两个阈值之上的数值被指定为运行状态“负载运行”，所有在所述两个阈值之下的值被指定为运行状态“关”，并且所有在所述两个阈值之间的值被指定为运行状态“空载运行”，S312。借此得出压缩机的运行状态的曲线，在图10b中示出。

应用示例4:

图16示出按照本发明的方法的可能的第四实现方式。在第一步骤S401中，开始测量。此后在第二步骤S402中，通过扫描检测和存储磁场值。接着在第三步骤S403中，停止测量。在第四步骤S404中，读取磁场值的时间序列。在第五步骤S305中，进一步利用磁通密度(当前为时间序列)的X值、Y值和Z值。对于时间序列的每个时刻，将X值、Y值和Z值组合成一个矢量，并且将该矢量映射为该时刻的标量。在第六步骤S406中，在标量的时间序列上通过如下方式进行频率谱的测定，即，对于上述时间序列的每个1s区段，利用傅里叶分析(这里借助于FFT)实施频率分析并且计算单位为rad的辐角/相位。在第七步骤S407中，求得辐角的两个相邻的值的差角。如果该差角>0.1rad，则该差角限于0.1rad。产生这些差角的新的时间序列。接着，S408，在1-80Hz的频率范围内求得辐角的以rad为单位的所有差角的和，这称为相位谱中的路段。在新的步骤S409中，将相位谱中的路段的曲线抹平(例如通过求得在相位谱中的路段的3个值的均值)。相位谱中的路段在图11a中示出。接着，规定阈值，以便区分运行状态，阈值在图11a作为虚线示出。在最后的步骤S411中，在相位谱中的路段的所有处于所述两个阈值之上的值被指定为运行状态“负载运行”，所有在所述两个阈值之下的值被指定为运行状态“关”，并且所有在所述两个阈值之间的值被指定为运行状态“空载运行”。因此得出在图11b中作为压缩机的时间序列的运行状态的曲线。

附图标记列表

L1 相1

L2 相2

L3 相3

1 压缩机

2 压缩机驱动装置、例如电机

3 检测元件

4 供电线缆

5 机器内部空间

6 开关柜

7 电网接触器

8 马达绕组

9 电机的接线盒

10 变频器。

Claims (25)

1.用于测定，特别是非接触地测定压缩机(1)的运行状态和/或压缩机驱动装置(2)，特别是转速可变的或转速不变的压缩机驱动装置(2)的转速的方法，所述方法具有以下方法步骤：

借助于检测元件(3)在时间范围内检测磁场，其中，所述磁场通过供电线缆(4)的至少一个相(L1、L2、L3)的电流产生；

测定所述磁场在所述时间范围内的频率谱；

分析所述磁场的频率谱，以确定所述压缩机(1)的运行状态和/或确定所述压缩机驱动装置(2)的转速。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，检测所述磁场包括检测磁场强度和/或检测磁通密度，对所述磁场强度的检测特别是在应用罗哥夫斯基线圈的情况下进行，对所述磁通密度的检测特别是在应用霍尔传感器的情况下进行。

3.按照权利要求1或2所述的方法，所述方法具有以下方法步骤：

将所述检测元件(3)安装在所述供电线缆(4)的一个相(L1、L2、L3)上。

4.按照权利要求1或2之一所述的方法，所述方法具有以下方法步骤：

将所述检测元件(3)安装在所述供电线缆(4)的多个相(L1、L2、L3)，特别是所有相上，从而测量由所述供电线缆(4)的多个相(L1、L2、L3)，特别是所有相的电流产生的所述磁场。

5.按照在前权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述频率谱的测定包括对所述磁场的时间曲线的分析。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在应用傅里叶分析和/或小波分析和/或格兹尔算法的情况下分析包含在所述磁场的时间曲线中的频率分量。

7.按照在前权利要求之一所述的、特别是按照权利要求6所述的方法，其特征在于，通过分析各个频率分量测定所述磁场的频率，并且基于所述磁场的频率测定所述供电线缆(4)的至少一个相(L1、L2、L3)的电流的基频。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，由所述电流的所测定的基频来测定，特别是通过应用因数来测定所述压缩机驱动装置(2)的转速。

9.按照在前权利要求之一所述的方法，其特征在于，在检测的步骤中检测所述供电线缆(4)的正好一个相(L1、L2、L3)。

10.按照在前权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，在所述检测的步骤中检测所述供电线缆(4)的多个，特别是所有相(L1、L2、L3)。

11.按照在前权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了确定所述运行状态和/所述转速，对所述磁场的相位谱，特别是所述磁场在定义时间范围内的相位谱进行评估。

12.按照在前权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，为了确定所述运行状态和/或所述转速，对所述磁场的幅度谱，特别是所述磁场在定义时间范围内的幅度谱进行评估。

13.按照权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述时间范围为200ms至20s，优选300ms至10s，特别优选500ms至5s，特别是750ms至3s，特别是1s。

14.按照权利要求11或13之一所述的方法，其特征在于，对所述磁场的相位谱进行自动评估，特别是通过在0Hz至10kHz，优选0Hz至1kHz的频率范围内，特别优选在激励频率周围的范围内求得所述相位谱的方差。

15.按照权利要求12或13之一所述的方法，其特征在于，对所述磁场的幅度谱进行自动评估，特别是通过在0Hz至10kHz，优选0Hz至1kHz的频率范围内，特别优选在激励频率周围的范围内求得所述幅度谱的方差。

16.按照权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述频率范围是所述激励频率的多倍、特别是2倍至10倍。

17.按照在前权利要求之一所述的方法，其特征在于，基于所述磁场的频率谱在应用聚类方法和/或分类方法的情况下确定所述压缩机的运行状态。

18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，所述聚类方法和/或所述分类方法使用阈值或统计学方法，特别是k均值和/或神经网络。

19.按照权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述分类方法包括三种分类，特别是分类：停机、空载运行和负载运行。

20.按照在前权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述压缩机(1)的运行状态和/或所述压缩机驱动装置(2)的转速是通过分析所述磁场在激励频率的频率范围内的幅度谱来确定的。

21.按照权利要求20所述的方法，其特征在于，在分析所述幅度谱时形成阈值。

22.用于实施按照在前权利要求之一所述的方法的装置，其中，所述装置具有如下：检测元件(3)，以用于安装在供电线缆(4)的至少一个相(L1、L2、L3)上，其中，所述检测元件(3)包括罗哥夫斯基线圈、电流钳、MEMS磁力计和/或霍尔传感器。

23.按照权利要求22所述的装置，其中，所述检测元件(3)具有至少一个传感器单元，其中，所述传感器单元包括以下传感器中的至少两个：用于检测沿X方向的磁场强度的传感器、用于检测沿Y方向的磁场强度的传感器或用于检测沿Z方向的磁场强度的传感器。

24.将按照权利要求22或23所述的装置用于确定压缩机驱动装置(2)的转速和/或用于确定压缩机(1)的运行状态的应用。

25.计算机可读的存储介质，所述计算机可读的存储介质包含指令，当所述指令通过至少一个处理器执行时，所述指令促使至少一个处理器实现按照权利要求1至21之一所述的方法。